W tym wpisie na blogu poznamy naukowe zasady emulsyfikacji, czyli mieszania wody z olejem, na przykładzie majonezu i winegretu, a także dowiemy się, jak wykorzystuje się tę metodę w życiu codziennym.
To dzień, w którym wychodzimy na obiad z rodziną. Aby to uczcić, postanawiasz pójść do włoskiej restauracji na makaron. Zgodnie z atmosferą restauracji, chleb i dziwny sos są podawane jako przystawka. Nie jest to ani olej do gotowania, ani ocet, ale ma jasnozielony kolor, który kusi, aby go spróbować. Ponieważ jest podawany z chlebem, zakładasz, że jest to sos do maczania chleba. Nie mogąc powstrzymać ciekawości, zapytałem kelnera, jak nazywa się ten sos, a on powiedział, że to „winaigrette”. Nadal sceptycznie, zanurzyłem łyżkę w sosie i spróbowałem. Był słodko-kwaśny, niezły. Zapytałem kelnera, z czego zrobiony jest sos, a on powiedział, że to mieszanka octu balsamicznego i oliwy z oliwek w stosunku 1:3.
Jednak gdy podano danie główne, ocet balsamiczny i oliwa z oliwek rozdzieliły się na dwie warstwy, mimo że były dobrze wymieszane, gdy je pierwszy raz zobaczyłem. Czy możliwe jest, aby pozostały wymieszane? Powodem, dla którego ocet i oliwa się nie mieszają, jest to, że mają różne właściwości chemiczne, które powodują ich rozdzielenie poprzez zminimalizowanie powierzchni kontaktu między sobą. Jednak z pomocą nauki możliwe jest zmieszanie oliwy z wodą i wody z oliwą. Jeśli szybko wymieszasz blenderem ręcznym, który jest mikserem elektrycznym, który trzymasz w dłoni i może tworzyć bąbelki, tarcie generuje ciepło, powodując mieszanie się wody i oliwy. Ta mieszanka nazywana jest emulsją lub zemulgowaną cieczą.
Emulsje, które można interpretować jako „łączenie przeciwstawnych substancji, takich jak woda i olej”, można bardziej technicznie opisać jako stan, w którym jedna ciecz jest rozproszona w innej cieczy w postaci małych cząstek, nawet jeśli dwie ciecze nie rozpuszczają się w sobie. Ponieważ woda i olej to dwie ciecze, które nie rozpuszczają się w sobie, istnieją dwa rodzaje emulsji: emulsje olej-w-wodzie (O/W), w których olej jest rozproszony w wodzie, oraz emulsje woda-w-oleju (W/O), w których woda jest rozproszona w oleju.
Innym reprezentatywnym przykładem emulsji spotykanych w życiu codziennym jest majonez. Majonez jest emulsją O/W, w której krople oleju (oleju spożywczego) są rozproszone w wodzie (octu). Jednak w przeciwieństwie do sosu winegret, w jaki sposób majonez zapobiega rozdzielaniu się octu i oleju przez długi czas? Jak wspomniano wcześniej, nie dlatego, że wykorzystujemy moc nauki, aby ciągle mieszać go blenderem ręcznym. Powodem jest to, że żółtko jaja jest dodawane jako emulgator, aby pomóc zemulgować majonez.
Ponieważ utrzymanie mieszaniny wody i oleju jest zasadniczo niemożliwe, konieczne jest dodanie trzeciego składnika, surfaktantu, aby stworzyć emulsję. W tym przypadku surfaktant nazywany jest emulgatorem. Dodany emulgator powoduje, że olej i woda orientują się na granicy faz (odnosi się to do adsorpcji, w której cząsteczki substancji zaadsorbowanej na granicy między dwiema fazami są ułożone w określonym kierunku), tak aby części, które mogą mieszać się z wodą, znajdowały się blisko wody, zmniejszając w ten sposób swobodną energię międzyfazową (energię wewnętrzną występującą na granicy faz). Mówiąc prościej, jest on ułożony tak, że części, które mogą mieszać się z wodą, znajdują się blisko wody, umożliwiając mieszanie się wody i oleju. Zmniejsza to swobodną energię międzyfazową (energię wewnętrzną występującą na granicy faz), ułatwiając emulgowanie i tłumiąc rozdział faz wody i oleju, utrzymując w ten sposób stan emulsji.
Emulgatory nieustannie zmieniają swój HLB (wartość HLB waha się od 0 do 20, a im mniejsza wartość, tym silniejsza lipofilowość całej cząsteczki, a im większa wartość, tym silniejsza hydrofilowość), co powoduje zmianę fazy emulsji. Nazywa się to inwersją faz emulsji.
Innymi słowy, powodem, dla którego winegret i majonez, które są mieszaninami wody i oleju, wyglądają inaczej, jest to, że sposób, w jaki tworzą emulsje, lub sposób, w jaki woda i olej się mieszają, jest inny. Majonez jest emulsją O/W, w której olej jest rozproszony w wodzie. Mówiąc prościej, jest to stan, w którym niezliczone krople oleju są rozproszone w occie. Fakt, że ocet i olej, których nie można ze sobą zmieszać, są rozbijane na małe cząsteczki i mieszane razem, jest zasługą lecytyny (rodzaju fosfolipidu) zawartej w żółtkach jaj. Z drugiej strony winegret jest mieszanką kropli oleju i wody. W przeciwieństwie do majonezu, winegret nie zawiera emulgatora, więc szybko rozdziela się na warstwy oleju i wody.
Zasada emulgowania jest stosowana nie tylko w żywności, ale również w produkcji kosmetyków. Wiele składników stosowanych w kosmetykach nie miesza się ze sobą dobrze, więc technologia emulgowania jest bardzo przydatna do mieszania ich razem w jednym preparacie. Różne technologie emulgowania zostały opracowane wraz z rozwojem emulgatorów w celu stabilizacji emulgowanych formulacji i zmiany ich właściwości. Począwszy od metody HLB zaproponowanej przez Griffina w latach 1950. XX wieku, istnieją takie metody, jak metoda PIT, emulgowanie żelowe i emulgowanie fazy D. Ostatnio wzrasta stosowanie emulgatorów pochodzenia naturalnego i emulgatorów polimerowych jako sposobu na poprawę kompatybilności ze skórą i bezpieczeństwa dla organizmu ludzkiego. Ponadto opracowano i zastosowano nano-emulgowanie, wielokrotne emulgowanie, emulgowanie ciekłokrystaliczne i emulgowanie Pickeringa jako sposób na różnicowanie wyglądu produktu i zwiększenie wydajności dostarczania składników aktywnych. Prowadzone są również intensywne badania nad zastosowaniem nanostrukturalnych cząsteczek, takich jak liposomy i kubosomy.
Dlatego zrozumienie naukowych zasad leżących u podstaw sosu winegret może wzbogacić rozmowę przy stole podczas delektowania się daniem. Niesamowite jest to, że takie małe odkrycia w życiu codziennym mogą zapewnić nam wielkie zainteresowanie i wiedzę. W przyszłości byłoby miło rozmawiać o tych zasadach podczas delektowania się posiłkiem.
